Презентация на тему: Основные понятия и законы электростатики

Тема 1. Основные понятия и законы электростатики 1. Электродинамика, электрические заряды, закон сохранения электрических зарядов Закон Кулона Электростатическое поле и его характеристики Теорема Остроградского - Гаусса Потенциал. Работа электростатического поля. Связь между напряжённостью и потенциалом Литература Трофимова Т.И. Курс физики. – § 77 – 86. Савельев И. В. Курс общей физики, том 2. - § 1 – 12 Касьянов В. А. Физика. 10 класс. - § 75 - 84

Электромагнитные силы – силы притяжения и отталкивания, возникающие между электрически заряженными частицами и телами. Электродинамика – раздел физики, изучающий электромагнитное взаимодействие электрически заряженных частиц и тел. Электростатика – раздел электродинамики, в котором изучаются взаимодействие и свойства неподвижных электрически заряженных частиц и тел. Электрический заряд Q, q – физическая величина, определяющая силу электрического (электромагнитного) взаимодействия частиц или тел. Единица измерения – 1 Кл (кулон) = 1 А. с

Фундаментальные свойства зарядов Существуют два вида электрических зарядов (положительные и отрицательные) Электрический заряд инвариантен Дискретен. Заряд любого тела составляет целое число, кратное элементарному заряду е = 1,6 . 10-19 Кл Аддитивен Закон сохранения заряда

Электрон – носитель элементарного отрицательного заряда Q = - e = - 1,6 . 10-19 Кл m = 9,1 . 10-31 Кг Протон – носитель элементарного положительного заряда Q = + e = + 1,6 . 10-19 Кл m = 1,67 . 10-27 Кг Обычно тела электронейтральны Электризация - процесс заряжения тела

Закон Кулона, 1785 г. – закон взаимодействия точечных зарядов. Точечный заряд – заряженное тело, размеры которого много меньше расстояний до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует. Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами , находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению величин зарядов Q1 и Q2 , обратно пропорциональна квадрату расстояния между r 2 и направлена вдоль линии, соединяющей заряды.

Закон Кулона для точечных зарядов, находящихся в диэлектрической среде (веществе).

Электрическое (электромагнитное) поле – особый вид материи, посредством которого электрические заряды взаимодействую друг с другом. Электростатическое поле – электрическое поле, созданное неподвижными электрическими зарядами и не изменяющееся со временем. Основное свойство – действовать на другие электрические заряды, находящиеся в нем. Пробный заряд Q0 – небольшой по величине, точечный положительный заряд, который не искажает исследуемое электрическое поле.

Напряженность электрического поля E – векторная физическая величина, численно равная силе, с которой поле действует на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Направление вектора напряженности E совпадает с направлением вектора силы F , с которой поле действует на положительный заряд. Единица измерения – 1 Н/Кл = 1 В/м

Напряженность поля точечного заряда Q - в скалярной форме

Линии напряженности – линии, касательные к которым в каждой точке пространства (поля) совпадают с направлением вектора напряженности. Эти линии: указывают направление вектора напряженности напряженноcть поля E равна числу линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную линиям начинаются на положительных зарядах и заканчиваются только на отрицательных зарядах никогда не пересекаются

Принцип суперпозиции электростатических полей Напряженность результирующего поля E , создаваемого системой зарядов Qi , равна векторной сумме напряженностей полей Ei , создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Поток ФЕ вектора напряженности E электрического поля через плоскую поверхность площадью S - величина, равная произведению модуля вектора E на площадь S и косинус угла α между векторами E и n (нормалью к поверхности). Единица измерения - 1 В . м

Определение потока напряженности ФЕ в неоднородном электрическом поле через произвольную (искривленную) поверхность S .

Вычисление потока ФЕ через замкнутую поверхность S

Теорема Остроградского – Гаусса Поток вектора напряженности электростатического поля E в вакууме сквозь замкнутую поверхность равен алгебраической сумме электрических зарядов, заключенных внутри этой поверхности, деленной на εо

Электрическое поле равномерно заряженной бесконечной плоскости

Поле двух бесконечных параллельных плоскостей, заряженных разноимённо

Поле равномерно заряженной сферической поверхности а) Область пространства на поверхности сферы и вне её. Если r ≥ R , то б) Область внутри сферы. Если r < R , то Е = 0.

Потенциал. Работа электростатического поля. Электростатическое поле является потенциальным. Работа сил электростатического поля по перемещению электрического заряда не зависит от вида (формы) траектории, а определяется только начальным и конечным положениями заряда в поле. При перемещении в электростатическом поле заряда по замкнутой траектории работа сил поля равна нулю. Потенциальность электростатического поля имеет математическое определение с помощью понятия циркуляция вектора напряженности .

Циркуляция вектора напряженности электростатического контура равна нулю

Потенциал электростатического поля φ - скалярная физическая величина, численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в данную точку поля. Единица измерения - 1 В = 1 Дж/Кл.

Разность потенциалов между двумя точками 1 и 2 электростатического поля равна работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из одной точки поля (начальной) в другую точку поля (конечную).

Потенциал электростатического поля точечного заряда Q ( на расстоянии r от него )

Принцип суперпозиции для потенциалов

Связь между напряжённостью и потенциалом электростатического поля Работа при перемещении заряда Q = +1 Кл из точки 1 в точку 2

В окрестности какой - либо точки электростатического поля потенциал поля φ наиболее быстро изменяется в направлении линии напряженности.

В векторном виде связь между напряженностью E и потенциалом φ имеет вид:

В случае однородного электростатического поля

Эквипотенциальная поверхность - это поверхность, во всех точках которой потенциал φ имеет одинаковое значение. Работа, совершаемая при перемещении заряда по одной и той же эквипотенциальной поверхности, равна нулю. Линии напряжённости всегда перпендикулярны к ним. Эти поверхности проводят с определённой густотой, так, чтобы разность потенциалов между любыми двумя соседними поверхностями была одинакова ( через 1 В ).